采用NiFeNb 材料為坡莫合金薄膜的緩沖層，利用磁控濺射系統制備了一系列( Ni81 Fe19)80. 7 Nb19. 3( x) /NiO( y) /Ni81Fe19( 20 nm) /NiO( y) /Nb( 3 nm) 坡莫合金薄膜樣品，研究了( Ni81Fe19)80. 7Nb19. 3緩沖層厚度、NiO 插層厚度和基片溫度對坡莫合金薄膜各向異性磁電阻和微結構的影響。用非共線四探針法測量薄膜樣品的各向異性磁電阻值( AMR) ，用X 射線衍射儀分析樣品的微結構，用FD-SMOKE-A 表面磁光克爾效應實驗系統測量不同基片溫度下制備的薄膜的磁滯回線。結果表明：( Ni81Fe19)80. 7Nb19. 3緩沖層及NiO 插層都可有效的提高坡莫合金薄膜的AMR 值； 對于厚度為20 nm 的Ni81 Fe19坡莫合金薄膜，在NiFeNb 緩沖層厚度為2 nm，NiO 層厚度為4 nm，基片溫度為450℃的條件下，其AMR 值最大達到5. 25%，比以Ta 為緩沖層的薄膜的AMR 值提高了60. 6%。此時的坡莫合金薄膜出現了較好的( 111) 織構和大晶粒現象，減少了晶界對傳導電子的散射，導致薄膜的AMR 值提高。

　　全球衛星定位系統(GPS) 是目前應用最為廣泛的定向、定位系統，但也存在著嚴重的問題，如GPS極易被干擾； 定位衛星容易被摧毀失效； 在水下、地下、太空等弱/無衛星導航信號的環境下無法使用等問題。因此，開發新的、安全可靠的定向、定位導航技術在未來導航領域變得越來越重要和緊迫。地磁場為矢量場，是地球固有的公共資源，是天然的“GPS”，具有全天時、全天候、全地域的特征。所以利用地磁場進行定位導航，能夠完全獨立GPS，并且可以在水下、地下、近太空中使用。事實上，將GPS與地磁導航系統相結合，二者相互補充并組合使用是導航領域的理想選擇。地磁場有兩個特點： 一是磁場強度非常弱，尤其是空間的磁場更弱，大概零點幾個高斯； 二是具有矢量性，不同方向其大小不同。因此，為了研制出高精度的地磁導航系統，必須開發出對弱磁場及方位都敏感的磁性材料。

　　各向異性磁電阻(AMR) 材料對方位( 或地磁方向) 很敏感，且各向異性磁電阻率與角度有定量關系：ρ( θ) = ρ⊥ + Δρcos2θ，因此各向異性磁電阻材料是研制地磁導航系統的理想材料。由于坡莫合金薄膜具有價格低廉，結構簡單，靈敏度高和飽和磁場低等優點，所以坡莫合金NiFe 薄膜材料是目前應用最廣泛的各向異性磁電阻材料之一。2000 年，Lee 等研究發現： 在提高坡莫合金薄膜各向異性磁電阻方面，NiFeCr 為緩沖層要優于Ta； 隨后，又有一些學者報道了以NiFeCr 為緩沖層的坡莫合金薄膜的研究； 2004 年，劉俊等報道了以NiFeNb 為緩沖層時Nb 含量對納米級NiFe 薄膜ρ 和磁電阻的影響；2013 年，Wang 等又對這一緩沖層做了進一步研究。2004 年以來，S. Yuasa 等研究了MgO 對鐵磁薄膜的作用，近幾年研究發現，將MgO，Al2O3或ZnO 與NiFe 結合在一起，設計為Ta /Al2O3 /NiFe /Al2O3 /Ta，Ta /MgO/NiFe /MgO/Ta 或Ta /ZnO/NiFe /ZnO/Ta 結構時，NiFe 薄膜的磁場靈敏度(Sv) 有明顯提高。考慮到若以NiO 作為新的氧化插層，可有效降低NiO 中的氧原子與鄰層NiFe 中的Ni 原子的氧化反應。因此，本文選擇( Ni81 Fe19)80. 7 Nb19. 3作為緩沖層，NiO 為氧化插層，Nb 作為保護層進行實驗，系統研究了影響坡莫合金薄膜各向異性磁電阻值的因素和條件，并取得了較理想的實驗結果，即在相對較低的本底真空度5 × 10^-4Pa 下， 20 nm 厚的NiFe 薄膜AMR 值最大達到5.25%。

1、實驗

　　實驗中，采用磁控濺射系統在康寧玻璃基片上制備( Ni81 Fe19)80. 7 Nb19. 3( x) /NiO( y) /Ni81 Fe19( 20nm) /NiO( y) /Nb(3 nm) 樣品薄膜，濺射靶材分別為金屬靶Nb、陶瓷靶NiO 和合金靶Ni81Fe19，純度均高于99. 95%。薄膜中NiFeNb 緩沖層由Nb 靶和Ni81Fe19靶共同濺射獲得。Ni81 Fe19靶的濺射速率為0. 231 nm/s，Nb 靶的濺射速率為0. 088 nm/s，NiO靶的濺射速率為0. 103 nm/s。實驗本底真空為5 ×10 ^-4 Pa，工作氣體是純度為99. 99%的高純氬氣，并保持0. 5 Pa 的工作壓力。在濺射過程中，利用永磁鐵在基片位置沿平行膜面方向提供磁場強度約為14. 3 kA/m 的磁場作為誘導磁場。

　　薄膜樣品的AMR 利用非共線四探針法測量，薄膜結構及晶粒大小利用X 射線衍射( XRD) 儀分析獲得，不同基片溫度下制備的薄膜的磁滯回線由FD - SMOKE-A 表面磁光克爾效應實驗系統測量。以上所有的測量都在室溫下進行。

2、結論

　　( Ni81Fe19)80. 7 Nb19. 3緩沖層和NiO 插層都可以有效的提高坡莫合金薄膜的AMR 值。對于20 nm厚度的Ni81 Fe19薄膜，當NiFeNb 緩沖層厚度為2nm，NiO 插層厚度為4 nm，基片溫度為450℃時，薄膜的AMR 值達到最大值5. 25%，比以Ta 為緩沖層的Ta ( 4 nm) /Ni81 Fe19( 20 nm) /Ta ( 3 nm) 薄膜的AMR 值提高了60. 6%。微觀機制分析表明，坡莫合金薄膜( 111) 織構的增強以及晶粒的增大是AMR值升高的主要原因。